節(jié)能降耗有效措施在9E燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組中的節(jié)能運行

崔柳

廣東省東莞市中電新能源熱電有限公司 523000

摘要：由于我國能源結構的不斷調(diào)整以及天然氣的普及應用，所以大部分地區(qū)已經(jīng)采用了9E聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。雖然設備性能較為良好且經(jīng)濟指標比較先進，但是依然需要結合當?shù)仉娋W(wǎng)的運行特點，做技術改進和運行的優(yōu)化，提升節(jié)能降耗性能，降低運行成本。本文通過闡述9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的相關概念，并分析研究了通過節(jié)能措施來提升發(fā)電機組的節(jié)能運行能力。

關鍵詞：節(jié)能降耗；9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組；節(jié)能運行

我國雖然是能源生產(chǎn)大國和消費大國，但是我國的能源利用率卻并不高，要提高國家能源效益，確保經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，必須在節(jié)能降耗上采取有效措施。因此我國大部分地區(qū)都已使用9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)運行特點，對9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組采取有效的節(jié)能措施，可以進一步的起到節(jié)能的目的。

一、9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組相關概念

聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)由兩個系統(tǒng)組成，即蒸汽輪機系統(tǒng)與燃氣輪機系統(tǒng)聯(lián)合組合成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電配置。因使用燃燒工質(zhì)的不同，分為天然氣、高爐煤氣、燃油等聯(lián)合循環(huán)燃機，如果按功率的不同，可以分類成小型、微型、重型等一些類型燃機。重型燃機與小型燃機各有優(yōu)缺點，對于重型燃機來說，使用壽命比較長。對輕型燃機來講，其結構輕便且緊湊，但是使用壽命相對較短。

（一）聯(lián)合系統(tǒng)中的蒸汽輪機系統(tǒng)

蒸汽循環(huán)中的主要設備是蒸汽輪機，在進氣參數(shù)上面，可以分為多參數(shù)與單參數(shù)。一般設備選擇使用是依據(jù)余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)來確定。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中蒸汽輪機的特點有三個。第一個特點，需要滿足機器快速啟動的要求，需要采取一定的措施來提高其性能。第二個特點，由于功率從100%直線下降為45%時，蒸汽的壓力卻線性降低然后恒定不變，因此需要采用滑壓運行方法，不能使用恒常不變的調(diào)壓方式。第三個特點，在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，蒸汽輪機不具有回熱給水加熱系統(tǒng)，導致此輪機與常規(guī)蒸汽輪機想比，由低壓缸排向凝器的蒸汽流量要更多。所以應該改進聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中蒸汽輪機的凝汽器與低壓缸，來增大此輪機換熱面積與通流能力。

（二）聯(lián)合系統(tǒng)中的燃氣輪機系統(tǒng)

燃氣輪機系統(tǒng)的工作原理，即軸流壓氣機將外部空氣吸入設備里，然后經(jīng)過壓縮后，將壓縮氣體送到燃燒室，與燃燒室的燃料進行混合后，使用受控方法將混合物進行定壓燃燒。其形成的高壓高溫煙氣進入到透平段，在經(jīng)過膨脹運行后，帶動動葉片高速旋轉，引起轉子旋轉運動，其輸出的功率一部分用于驅動壓縮機，其他部分用于對機械設備的驅動。燃氣輪機需要在啟動設備的帶動下從靜止啟動，達到一定轉速后，在燃機點火運行并及時與啟動設備脫離。因從燃氣輪機中出來的煙氣溫度一般在500℃以上，在普遍情況下，都被回收利用。由于燃氣輪機負荷適應能力好且啟動停止速度快，所以燃氣輪機一般應用于電力供應不足且經(jīng)濟發(fā)展比較快的調(diào)峰電站和地區(qū)。

燃氣輪機系統(tǒng)主要包括主體構成和整機系統(tǒng)兩個部分。其主體由燃燒室、透平段和壓氣機組成。因透平段與燃燒室在高溫環(huán)境下，且要承受因燃氣輪機啟動與停機時產(chǎn)生的熱沖擊，因此這兩個部件的性能是影響輪汽機壽命的主要因素。為了保證輪機的運行壽命，需要使用空氣冷卻技術以及鈷基等耐高溫材料與耐溫涂層。燃氣輪機系統(tǒng)的整體系統(tǒng)除了基本部件外，需要具備良好的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)以及附屬系統(tǒng)與設備，如起動裝置、空氣過濾器、潤滑系統(tǒng)、消防設備等。

（三）關于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的余熱鍋爐

在聯(lián)合系統(tǒng)中，余熱鍋爐利用燃氣輪機排除的煙氣來生產(chǎn)蒸汽。因燃氣輪機排出的溫度很高，所以余熱鍋爐用對流換熱的方式來進行生產(chǎn)，其具備幾個特點，第一，采用的汽包比平常鍋爐的要大。第二，通常使用的是空間系數(shù)比較好的翅片管。第三，一般將余熱鍋爐的排煙溫度定為150℃以下。

二、在9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組中的節(jié)能運行中的有效節(jié)能降耗措施

（一）降耗措施在燃氣輪機的節(jié)能運行

1、預熱天然氣

因為我國的聯(lián)合循環(huán)機一般用于調(diào)峰，因此機器啟停運行比較頻繁，所以為了使機組能夠較為經(jīng)濟的運行，需要在不影響安全運行的條件下，對循環(huán)機組進行改造，減少其啟停機次數(shù)。燃氣輪機的燃燒與燃燒室的動態(tài)特征受天然氣溫度變化的影響，為了滿足9E機組的燃燒要求，應該將天然氣的溫度控制在20℃左右。通過熱水鍋爐加熱來控制天然氣的問題，熱水鍋爐具備溫控單元，能夠對低溫啟動和高溫停用實行自動控制，從而保證天然氣的溫度一直處于比較好的狀態(tài)，提升聯(lián)合循環(huán)機組的經(jīng)濟性能與安全性能。

2、使聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)下的燃氣輪機機組冷態(tài)啟動時間改善

依據(jù)相關機組啟動數(shù)據(jù)，可以了解到機組的冷態(tài)啟動為啟動主要方式。從啟動燃氣輪機開始，到聯(lián)合循環(huán)機組帶滿負荷運行，這個時間段大約為4個小時。對于調(diào)峰電廠來講，必須保證啟動時間短，保證能快速響應電網(wǎng)調(diào)度，保證機組的運行經(jīng)濟性。雖然對燃氣輪機來說，其啟動較為迅速且運行較為穩(wěn)定，但余熱鍋爐厚壁以及金屬蒸汽輪機在受熱后會有應力變形情況，所以其啟動時間受到了一定的限制。

保證滿足燃氣輪機快速啟動的要求，聯(lián)合循環(huán)機組可以從以下方面優(yōu)化快速啟動項目。第一方面，在保證機組安全前提下，降低汽輪機加負荷和沖轉的時間。第二方面，降低余熱鍋爐側生成的等待時間，且使其滿足汽輪機沖轉要求的蒸汽參數(shù)。第三方面，不僅要優(yōu)化燃氣輪機以及疏水系統(tǒng)的運行性能，而且需要優(yōu)化燃氣輪機和鍋爐的啟動時間。

通過此優(yōu)化調(diào)節(jié)，與優(yōu)化前啟動方式相比，將燃氣輪機從啟動到汽機沖轉的啟動時間縮減了將近20min，能夠節(jié)省天然氣達2000m?，并有效減少了機組的啟動時間，縮減了機組啟動耗費的天然氣。

3、改善冷卻循環(huán)方式

在燃氣輪機停機后，因燃氣機潤滑油系統(tǒng)與燃氣輪機的燃油溫度較高，因此冷卻需要循環(huán)水。一般在常規(guī)下，要開啟1臺300KW功率的循環(huán)泵對循環(huán)水進行長時間的冷卻。依據(jù)數(shù)據(jù)分析，在出環(huán)境溫度在1-10℃條件下，可以使用內(nèi)冷水冷卻，而不使用循環(huán)泵，或改用功率較低的小型循環(huán)泵進行冷卻，降低對燃氣輪機在低溫環(huán)境里的備用電能的損耗。

4、使燃氣輪機的離線水洗周期改善

因燃氣輪機的長時間運行，其熱效率會慢慢降低。所以為了保證燃氣輪機的熱效率，需要定期對燃氣機的性能進行測算，并與GE公司的折算公式相結合，統(tǒng)計分析燃油輪機的周期負荷下降值、實際氣耗等參數(shù)，根據(jù)分析結果，制定出合理的離線水洗周期。在使用該措施后，可以將燃氣輪機的負荷下降率降低1%-2%，提升發(fā)電經(jīng)濟效益。

（二）降耗措施在蒸汽輪機與鍋爐的節(jié)能運行

1、改善汽輪機的疏水系統(tǒng)

因燃氣輪機運行啟動頻繁，余熱鍋爐在升溫升壓的過程里，因疏水溫度高且流量大，導致排污降溫池有很多蒸汽冒泡，且有翻滾出2m左右的水柱翻滾出，在此情況下，即使將循環(huán)冷卻水開到最大量，也只能稍微緩解此現(xiàn)象。特別此現(xiàn)象在蒸汽輪機中更為明顯，如果燃氣輪機將封閉母線架設置在排污降溫池的正上方，將影響設備運行的安全性，且會導致熱能的嚴重浪費和循環(huán)冷卻水的消耗，因此在對汽輪機的疏水系統(tǒng)進行改進時，可以在以下方面來實施：

對汽輪機的疏水系統(tǒng)進行改進，可以改善其操作流程方面。在汽機的高、低旁閥啟動后，且高旁閥前的汽溫在150℃以上，此時手動強制關閉疏水至全廠疏擴氣動門。在汽機掛閘后，使汽輪機的運轉速度達到600r/min時關閉。在汽輪機負載達到15%的額定負荷時，使汽輪機的所有疏水關閉。通常在正常停機情況下，在氣機負荷降低到15%時，應該強制關閉在汽輪機高、低旁閥門前的疏水至全廠疏擴氣動門，開啟其余的疏水氣動門。應當延遲疏水至全廠疏擴氣動門的開啟時間，使其開啟時間在汽輪機高、低閥門關閉之后。如果使用這種操作的話，能夠防止高溫疏水大流量連續(xù)的進入排污降溫池，且能夠確保疏水的穩(wěn)定性以及連續(xù)性。通過優(yōu)化操作流程后，不僅對其存在的不安全性進行了改進，而且在一定程度上提升了機組的熱能效率，降低了工業(yè)循環(huán)水的使用量。

2、在機組啟停的過程中進行優(yōu)化輔機啟停的措施

廠用電率是衡量聯(lián)合循環(huán)機組經(jīng)濟性能的主要經(jīng)濟技術指標之一，減少輔機耗電是降低廠用電率的主要措施，除了對輔機進行變頻改造等技術措施外，通過對輔機在運行方面存在的節(jié)電潛力的挖掘，可減少機組啟停過程損耗，，降低機組廠用電率。如循環(huán)水泵在機組冷態(tài)啟動時先啟動小泵，在高旁投入前再啟動 一臺大泵，第二臺汽機并網(wǎng)后根據(jù)負荷情況啟動，熱態(tài)啟動過程先啟小泵運行，抽真空后即啟動一臺循環(huán)水大泵，第二臺循環(huán)水泵并網(wǎng)后根據(jù)機組負荷情況啟動；停機時當汽輪機負荷低于一定值（如9E機組汽機負荷40MW）時停運一臺循環(huán)水泵，機組解列后轉速低于2500rpm且確認無蒸汽排入凝汽器時，開啟高旁減溫水10%并打開本減溫水電動門，啟動循環(huán)水小泵，停運另外一臺循環(huán)水泵。冷卻塔風機機組啟動過程當高旁投入后根據(jù)循環(huán)水池水溫上漲情況逐臺啟動，停機時燃機開始降負荷時即可停運全部風機。凝結水泵在啟機時等待主汽壓力到一定值（如0.2MPa）時啟動，停機時軸封退出主汽壓力泄至0時停運。

3、改善對熱力設備水汽系統(tǒng)的保養(yǎng)措施

因熱力設備在停運時會受到腐蝕，因此需要采取一定的保護措施，在停用保養(yǎng)上，應該使用將熱風干燥設備保養(yǎng)和余熱鍋爐開機保養(yǎng)相結合的方法。這個方法要求，每月必須進行一次余熱鍋爐的開機保養(yǎng)，在鍋爐帶壓放水一周后，將熱風干燥裝置啟動。

（三）合理布置發(fā)電島

在聯(lián)合循環(huán)中，應該對燃氣輪機、蒸汽輪機、余熱鍋爐以及發(fā)電機進行合理的布局，其布置的合理性與否，直接影響了聯(lián)合循環(huán)裝置的運行性能。在2GTG&HRSC+ISTG聯(lián)合循環(huán)配置中，通常有幾組不同的布置。一般情況下，不應該選取主蒸汽管道長的布置方式，因為會降低聯(lián)合循環(huán)機的熱經(jīng)濟性能與調(diào)峰性能。在技術經(jīng)濟較為合理且在場地允許的情況下，使聯(lián)合循環(huán)機組的布置對稱且緊湊，并盡可能的縮減主蒸汽管道的長度。比如不應該選用以下（b）式聯(lián)合循環(huán)布置方式。

2GTG&HRSC+ISTG聯(lián)合循環(huán)布置方式圖

GT為燃氣輪機；ST為汽輪機；G為發(fā)電機；HRSG為余熱鍋爐

結束語

因節(jié)能降耗關系了國家的能源效益，所以必須加強對其的重視度，應不斷改進節(jié)能措施，在施行節(jié)耗措施時，應該分別進行分析，如從燃氣輪機上改進節(jié)能運行方、及從蒸汽輪機改進節(jié)耗措施，并合理的布置機組的布局，通過不同的節(jié)耗措施，達到提高節(jié)耗的有效性的目的。

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值，也就是說項目進度落后了。如果發(fā)現(xiàn)延后的工作是在關鍵路徑上，或者如果該項工作的延誤會給后續(xù)工作產(chǎn)生總要影響或者給工程項目帶來高風險，就要馬上采取措施，以便在以后的工期內(nèi)消除延誤工作帶來的影響。相反，如果工作是一個正的進度差異或者認為不會給工程帶來高風險，就不應該增加資源來加速項目的進度。財務管理部門和工程管理部門周期性地測量項目成本執(zhí)行效果，可以描述項目已完工部分的贏得值和為實現(xiàn)贏得值而實際產(chǎn)生的費用之間的關系。

7、項目進度與成本的偏差識別和分析

經(jīng)過之前的成本核算和績效評估，通過贏得值法中四個評價指標可以發(fā)現(xiàn)出項目中的費用和進度偏差。項目中偏差產(chǎn)生的原因是多種多樣的，例如：最初項目計劃制定對設計周期估計不足、采購中遇到供應商無法及時供貨、現(xiàn)場安裝發(fā)現(xiàn)設備缺損等，無論何種情況發(fā)生，最終都會體現(xiàn)為項目運行偏差。

8、完工成本預測

在通過對實際成本和測算成本比較基礎上，結合進度的績效測量，財務管理部門和項目管理人員可以快速、獨立的預測項目全部完成時所需的總成本。

9、改進措施

在以上實際進度與成本偏差識別的基礎上，項目管理人員可以對項目狀況進行更深層次的分析，從而判斷出項目當前的狀況屬于哪一類，對項目整體運行趨勢有一個了解并采取相應的措施。

在項目的實際運行過程中，往往會產(chǎn)生偏差，甚至是很大的偏差，這就要求項目的相關管理人員對項目費用和進度的進展狀態(tài)隨時進行監(jiān)控。將國際上先進的工程公司普遍采用的贏得值法用于對工程項目的費用、進度綜合分析控制。通過工程成本的動態(tài)集成管理，克服了以往費用與進度分開控制的缺陷，通過以資金已經(jīng)轉化為工程成果的量來衡量工程項目實際進度和耗費資源的情況實現(xiàn)動態(tài)的工程項目監(jiān)控。通過經(jīng)常地、及時地費用進、度績效分析，可以及早地發(fā)覺費用、進度差異，以便在情況變壞之前能夠采取糾偏措施。從項目實踐來看，有效的避免了電網(wǎng)建設項目超預算導致無法按期進行工程決算的問題。

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Web認證、MAC地址認證和802.1x認證是電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)常用的集中終端授權訪問控制的方法。Web認證的方式比較便捷，無需安裝相應的軟件，但其認證系統(tǒng)存在較大的安全隱患，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡堵塞，因此，安全性能一般。MAC地址認證比較簡單、有效，但需要對所有用戶的MAC地址進行記錄，因此不適合用戶較多和移動終端的情況，且其維護和配置都相對復雜。802.1x認證是一種認證策略，其具有邏輯端口和物理端口的雙重性質(zhì)，能夠對認證端口進行辨別，除了802.1x的廣播報文和認證協(xié)議，不允許其他端口通過。在實際應用過程中，可以根據(jù)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的實際情況來選擇合適的認證方式，實現(xiàn)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的應用接入安全。

結束語

總而言之，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全性，對電力企業(yè)供電的穩(wěn)定和人民的用電安全都有著重要的作用。因此，相關的法律法規(guī)對于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)絡提出了很高的要求。要保障電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)在復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中的安全，就需要積極應用安全技術，以減少各種安全隱患，提高電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的自動化水平和安全性能，保障其平穩(wěn)、安全運行。

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